JP3203642U - 磁力支援式コネクタアダプタ - Google Patents

Abstract

【課題】従来型コネクタを摩擦ゼロの差し込み部を有し、リバーシブルであり、損傷を生じない磁力支援式コネクタに変換するコネクタアダプタを提供する。【解決手段】第１接触面上に磁石４０５が設けられている第１保持具と、第２接触面上に磁石吸着具４０６が設けられている第２保持具と、第１及び第２保持具の接触面の双方上に設けられた複数の整合接点回路及び通路と、接点回路及び通路と接続する従来型コネクタ３０１と、を備える。【選択図】図４

Description

関連出願の相互参照
本出願は、２０１４年９月１８日に出願された米国仮出願第６２／０７１，１８７号の利益を主張するものである。
本出願は、２０１５年９月１１日に出願された米国出願第１４／８５０，９６０号の利益を主張するものである。
本出願はまた、参照により米国特許第７，７１７，７１７号“User-Friendly USB Connector”の全体を組み込むものである。ライ，ジョセフは米国特許第７，７１７，７１７号の単独発明者であり、該発明は、本出願において開示される。

技術分野
本考案は、USB type A, micro USB, USB type C並びに他の多くのコンピュータ及びスマートフォンコネクタのような、従来の既存の使用困難な電気的コネクタを改良するものである。本考案はまた、ユーザーフレンドリーに素早く容易に抜き差しされるよう設計されていない非電気的コネクタを改良するものである。本考案は、既存のオス及びメスコネクタの嵌合を支援するための磁力を追加する。

本考案が必要な理由
磁力支援式コネクタを備えた電子デバイスを持っていることが非常にクールなことは、皆の知る通りである。残りの他の多くのデバイスが、磁力支援式コネクタを備えていないことについては、どう考えるだろうか。

課題：
１．電話機用のmicroUSBのような小さいコネクタは、すぐに損傷し易いうえ、ユーザーフレンドリーでもリバーシブルでもない。多くの場合、このようなコネクタは非常に薄く作られており、力を加えすぎるとコネクタが損傷することになる。

２．既存のリバーシブルでないコネクタを、高い信頼性でリバーシブルとなるように変換することは、費用が掛かりすぎるか不可能である。いくつかの新しく開発されたコンピュータコネクタは、リバーシブルに再設計するのが非常に困難である。そのような例として、USB 3.0/3.1やmicroUSBコネクタが挙げられる。これらをリバーシブルかつ高信頼性となるようにユーザーフレンドリーに作るのは、不可能である。

３．iPhoneのLightningのような小さなリバーシブルコネクタは非常に小さく、取り扱うには非常に高価で、非常に壊れやすい。また、小さなコネクタをリバーシブルにするのは簡単ではない。

４．さらに、リバーシブル性は優れているが、視覚障害や他のハンディキャップを持つ人には、その人達の助けとなる何か優れたものが必要で、それはユーザーフレンドリーのためにリバーシブルよりも優れたものであるべきだ。

５．コネクタは絶え間なく抜き差しされ続けるため、より耐久性のあるコネクタが必要とされている。

６．安全上の問題も挙げられる。いくつかの機器では、通常のコネクタを堅固に取り付けるのは危険である。そのような例としては、家庭用温水ボイラが挙げられる。その場合、ボイラに取り付けられた電源供給コードに誤って足を引っ掛けた際に、コードが外れないことがある。このようなことは、大怪我の原因となる。磁力は、摩擦力により常に堅固に保持されて単純にコードから容易に分離しない従来の接続に比べると弱いため、磁力支援式コネクタアダプタは、事故が起きないように防止するのに有用であり得る。

７．所定の高速漏洩伝送路及びコネクタには、ＥＭＩ及びＲＦＩの問題がある。そのような例として、ＵＳＢ３．０が挙げられる。

８．また、無線充電器はユーザーフレンドリーだが、非常に高価で、非常に遅く、非常にかさばり、非常に電力を浪費する。

９．非電気的接続の多くでは、ユーザーフレンドリーな改善が全くされていない。

１０．計画的陳腐化：新しいコネクタには、新しい嵌合コネクタを備えた新しいケーブルが必要となる。新しい電話機が登場したとき、古いケーブル及びコネクタはもはや互換性がなくなっている。もし古いコネクタを備えた古いケーブルの束を持っているとした場合、どうするか考えてみてほしい。

本考案は、磁石を追加することによりオス又はメスコネクタを改良するものであって、該コネクタの案内、吸着及び取り付けを補助するための低コストの磁力を用いるものである。これにより、磁石が電気的用途及び非電気的用途の両方に用いられた際において、クリーンな信号が可能になり、通常位置又は反転位置のいずれにおいても接続が行われる。

磁石を用いることにより接続を補助することは新規ではない。アップル社、マイクロソフト社及び他社の多くは、接続を補助するための磁石を有するコンピュータ、電話機、タブレット及びスマートウォッチを有している。しかしながら、既存の磁石支援のないコネクタは、そのようなユーザーフレンドリー特性を有するように改良され得る。

本考案は、
ａ．磁石と、
ｂ．第１接触面を含む第１保持具であって、該第１接触面上に前記磁石が設けられている第１保持具と、
ｃ．磁石吸着具と、
ｄ．第２接触面を含む第２保持具であって、該第２接触面上に前記磁石吸着具が設けられている第２保持具と、
ｅ．前記第１及び第２保持具の前記第１及び第２接触面の双方上に設けられた複数の整合接点回路及び通路と、
ｆ．前記第１又は第２保持具の前記第１又は第２接触面上の前記接点回路及び前記通路と接続する従来型コネクタと
を備えた磁力支援式コネクタアダプタであって、
該磁力支援式コネクタアダプタによって、前記従来型コネクタが磁力支援式コネクタに変換される、磁力支援式コネクタアダプタを提供する。

図１（先行技術）は、日本製水ボイラに備えられたアダプタを有さないユーザーフレンドリーな磁力支援式コネクタを示す。 図２（先行技術）は、アップル社製Macbook、マイクロソフト社製PC及びPebble Watchに備えられたアダプタを有さないユーザーフレンドリーな磁力支援式コネクタを示す。 図３（先行技術）は、磁力支援式アダプタを有さない、ユーザーフレンドリーでなく磁力支援式でないオスコネクタ及びメスコネクタを示す。 図４は、磁力支援式アダプタを備えた、電気的接続用の即席のユーザーフレンドリーな通常のオスコネクタ及びメスコネクタを示す。 図５は、磁力支援式アダプタによる即席の非電気的コネクタを示す。 図６は、ユーザーフレンドリーな磁力支援式アダプタを備えたスマートフォンを示す。 図７は、スマートフォン用の磁力支援式アダプタのための固定及び保持機構を示す。 図８は、磁力支援式の電気的コネクタアダプタのリバーシブル性を示す。 図９は、ブリッジ整流ダイオードを用いた、磁力支援式アダプタのリバーシブル性のための別の回路図を示す。

スマートフォン、コンピュータ及び全ての現代的な電子デバイスは、少なくとも１つの共通点を有している。すなわち、それらは全て、電源又は他のタイプの用途のために差し込み接続される必要がある。通常、これらのデバイスは、本来の設計においてはユーザーフレンドリーに設計されていない。そのため、これらのデバイスを常時使用しているユーザーの多くにとって、ユーザーフレンドリーな改良は非常に重要となり得る。

当然ながら、全てのデバイスがユーザーフレンドリーでなければならないわけではないが、あまり費用をかけずに利用可能なこのような機能があると便利なのは確かである。プリンタやキーボード、デスクトップコンピュータ用マウスのような一部の周辺機器は、電力及びケーブルを一度に差し込み接続しさえすればよく、取り外す必要はない。

しかしながら、そのようなポータブル電源（バッテリー）上で実行しているラップトップコンピュータ、携帯電話または他のポータブル電子デバイスなどの他の装置のほとんどは、定期的にバッテリーを充電する必要がある。これらのデバイスを使用するユーザーフレンドリーな方法は、絶対に必要である。

例えば、今日のスマートフォンは、ポケットコンピュータ及び通信デバイスとして設計されている。消費電力は非常に高い。充電は、ＡＣアダプタまたはバッテリー電源バンクを通じて、少なくとも１日１回は必要である。電話機のコネクタは、絶え間なく抜き差しされ続ける。このことは、ユーザーの忍耐とコネクタの耐久性の両方を試すことになり得る。アップル社製の電話機の典型的なコネクタは、既にリバーシブルに変えられている。大多数のアップル社以外の電話機は、未だにリバーシブルでないmicro USBコネクタを使用している。micro USBコネクタは小さすぎて、電話機に組み込まれるには最善のコネクタではない。しかしながら、EUは既に、micro USBが全ての携帯電話の標準であることを義務付けている。小さなmicro USBをリバーシブルかつユーザーフレンドリーに作成することは、極めて困難である。micro USBをリバーシブルに作成することは、非常に費用がかかり、信頼性が非常に低いか、そもそも不可能である。本考案は、電気的及び非電気的コネクタについて、全てのユーザーフレンドリーでないコネクタをユーザーフレンドリーにするための代替となる解決方法として、磁力支援式コネクタアダプタによる磁力を使用する。

図１は、１９９０年代初頭より当該技術を採用していた日本のパナソニック社等による、おそらく最初のユーザーフレンドリーな磁気支援接続に係る先行技術を示す。１０５は、温水をティーカップ１０４に分配するためのノズル１０３を備えた温水ボイラである。１０１は、ＡＣ電源レセプタクルとしての１０２と接続するための磁力を備えたＡＣ電源用のオスコネクタである。１０６は、１０１に取り付けられた電源コードである。１０１を１０２に保持する磁力は、温水ボイラに差し込み接続されている通常の電源コードに比べて相対的に弱い力であるように、本来の設計は安全性を考慮していることを留意されたい。該水ボイラは、取っ手１０７により持ち運び可能となるように設計されている。何者かが電源コード１０６に誤って足を引っ掛けた際には、該コードは、温水ボイラを引っ張って水を一面にこぼすことなく、自動的に外れることとなる。

図２はまた、電源のそれらのデバイスへの接続を支援するように磁力を使用する他の家電に係る先行技術を示す。図２Ａは、アップル社製Macbookラップトップコンピュータを示し、該コンピュータは、電源レセプタクル２０１と共に、ケーブル末端１０６上の組み込み磁力コネクタ２０２を有している。何者かが１０６に誤って足を引っ掛けた又は１０６を引っ張った際に、該コンピュータ全体を引っ張って床に落とし損傷を与えることなく、該プラグ及びレセプタクルが分離させられるため、アップル社はこれを"MagSafe"と称している。MagSafeは、ユーザーフレンドリーのためにリバーシブルに設計されていることについても留意されたい。

図２Ｂは、マイクロソフト社製のブランド“Surface"としてのタブレットＰＣを示す。これは、ユーザーがリバーシブル性を備えた電源を差し込み接続することを補助するために磁力を用いた同様の設計を有している。図２Ｃは、Pebble社により作られたスマートウォッチを示しており、このスマートウォッチもまた、この時計を充電する必要がある際における磁力を備えている。２０８は、「ポゴピン」又はバネ付勢ピンを有する２０７に整合させるように、該時計上において接触する回路である。２０７が２０８の近くに２つの磁石を有する場合、２０７は、磁力により２０８を吸着し、該接点において表面上にスナップ嵌めされ、それにより電源を伝達するための接続を行い、Pebble Watchを充電する。しかしながら、該Pebble Watchのコネクタは、リバーシブルには設計されていない。

図３は、一対の電気的オスコネクタ及びメスコネクタの典型的な従来技術を示す。 図３Ａでは、３０１は、接続を行うためにオスプラグ３０２をその中に挿入させるためのメスレセプタクル又はソケットである。１０６は、電源又は信号のいずれかをメス３０１に伝達するために取り付けられたケーブルである。図３Ｂは、これら２つのコネクタ３０１及び３０２を整合させて接続を行う時を示す。Lighting, USB, HDMI（登録商標）, RJ-45及びThunderboltのような種々の多くの電気的コネクタは、これと同様にして整合させられるよう設計されている。

図４は、本考案による磁力支援アダプタを示す。上述したコネクタ又は述べられていないコネクタの全ては、ユーザーフレンドリーでないか、リバーシブルでないか、磁力支援式でないかのいずれかである。本考案者らは、ユーザーフレンドリーな接続用途を作成するために、リバーシブルにすると共に磁力支援式にするためのアダプタを作成し得る。

図４Ａは、従来のオスコネクタ３０２を示しており、該オスコネクタ３０２は、２つの部品である部分組立体４０１及び４０２に分割される。４０１及び４０２は、磁石を保持し、表面と接触して回路又はチャンネルと接触する保持具でもある。４０２上には、２つの磁石４０５と、いくつかのばね付勢ポゴピン４０４とが設けられている。４０１上にもまた、２つの磁石４０６又はいくつかの平面接点４０３を備えた磁気吸着面のいずれかが設けられる。また、３０２が有するのと同様のオスプラグを有する従来のオスプラグ４０７も設けられる。

図４Ｂは、外側に露出している４０６及び４０３を備えた部分組立体プラグ４０１が、メスレセプタクル３０１内に差し込み接続させられた状態を示す。図４Ｃは、部分組立体４０２と平面磁気吸着面４０６とが接近した際に、磁石４０５によって部分組立体４０２が平面磁気吸着面４０６へと磁力吸着された状態を示す。

図４Ｄは、部分組立体４０１及び４０２が接続された時を示す。４０５及び４０６は、物理的に接触しており、ポゴピン４０４は、磁力を受けた面４０３のために、押し込まれて引っ込められる。このとき、上記アダプタは接続を形成する。

磁石４０５及び磁気吸着具／面４０６は、いずれも、必ずしも単に共通する円形／矩形の個別の磁石（複数可）である必要はないことに留意されたい。該磁石は、堅固に整合させる目的で、磁石を備えた面４０５又は単なる磁気吸着具４０６からポゴピンを通すために、ドーナツ形状であってもよく、穴（複数可）を備えた楕円形状であってもよい。必要な場合において磁力を強めるために、４０６は、磁石のＮ極及びＳ極において整合する極性を備えた実際の磁石であってもよい。

図５は、非電気的タイプの磁力支援式接続用途を示す。非電気的接続は、非電気的接続は、光ファイバ信号／データ、又は、固体、液体若しくは気体タイプの材料であり得る。例えば、図５Ａは、磁石又は磁気吸着面である４０５及び４０６を示しており、これらは５０２及び５０１組立体に組み込まれている。５０４、５０５及び５０６は、移送通路である。５０７は、多くの異なるタイプの材料のための供給通路であり、例えば、水ホースや又は圧縮空気ホースなどが挙げられる。図５Ｂは、上記アダプタの半分が、通常のメスレセプタクル５０１内に差し込み接続され、該磁気吸着面及び外側に露出している該通路を残している状態を示す。図５Ｃは、該アダプタのこれら２つの部分が近づいている状態を示す。図５Ｄは、磁力により接続が行われた状態を示す。

当然ながら、非電気的な空気、気体又は液体物質を接続する場合には、漏出を防ぐためには追加の漏出防止装置が必要となる。

図６は、充電ポート及び通信ポートを電話機の底部に有している典型的なスマートフォンを示す。図６Ａは、４０１を示す。上記アダプタの該部分は、電話機内に入って留まる。該アダプタの半分の他方である４０２は、電源供給ケーブルと接続している。図６Ｂは、４０１が電話器内に既に差し込み接続されて留まっている状態を示す。４０２は、電話機の外側に露出している４０１と整合するように吸着され得る状態となっている。

図７は、磁力支援式コネクタアダプタの固定機構及び固定解除機構を示す。図７Ａは、固定部が存在せず、４０１が図７Ｂのようにmicro USBメスコネクタ内に挿入された際には、摩擦により保持され得る状態を示す。図７Ｃは、固定留め具７０１が４０１に組み込まれている状態を示しており、これにより、図７Ｄに示すように、固定留め具７０１は、メスmicro USB内に挿入されると、何者かが４０２をアダプタから離すように引っ張った際に意図せず取り外されることを防止するための内部固定具となる。このことは、ばね付勢留め具７０１を必要な時に外すことができるように、ばね付勢留め具７０１を押し下げるためのプッシュロッドレベルのような固定解除機構を４０１の内部に用いることを示唆している。

別の示唆としては、図７Ｅに示すように、Ｌ型具を用いることが挙げられる。典型的なスマートフォンでは、Ｌ型７０３は、様々な方式で電話機の背面側に延びており、３０１内に挿入された際において、４０１組立体が意図せず取り外されることなく、４０１を保持しているＬ型具を保持するためには、様々な方法がなされ得る。１つの例として、両面粘着テープが挙げられる。

また、スマートフォン、タブレット又は他のデバイスが保護ケースを有している場合、該デバイス内に差し込み接続される上記アダプタの組立体の保持／固定を補助するようなケースを使用することが推奨される。図７Ｇは、４０１を保持する支持プレートを有さない該アダプタの前面図を示し、図７Ｈは、４０１が電話機又は他のデバイスのメスレセプタクル内に完全に挿入された際に、該アダプタの４０１部が電話機と保護ケースとの間に配される金属又はプラスチックの支持プレート７０５により支持されている状態を示す。ユーザーが該アダプタの４０２部の接続を外す際において、特別な手引きは必要ない。アダプタ４０１は、確実に落下することはない。４０１を除去又は取り外すには、ユーザーはまず保護ケースを外す必要がある。当然ながら、新しい保護ケースを設計する際には、該保護ケースがバッテリーを備えていても備えていなくても、４０１を保護ケース内に組み込むことが考慮され得る。４０１は、決して意図せず落下しないようになる。

４０１が意図せず取り外されることを防止するため他の方法としては、４０１から４０２の接続を外すために組立体４０２を曲げることが挙げられる。保護ケース用のＬ型具７０３及び７０５又は固定留め具７０１が実装できない場合には、この用途のために強力磁石が用いられ、４０１と４０２との結合における弱い部分が曲がって分離することになる。

図８は、上記磁力支援式コネクタアダプタのリバーシブル性を示す。図８Ａは、５つのポゴピン４０４を備えた、４０２の中央から左側にずれて位置している５ピンmicro USBの詳細を示す。図８Ｃもまた、４０２の中央から右側にずれて位置している５ピンmicro USBの詳細を示す。図８Ｂは、ポゴピン４０４と通常位置又は逆向き位置にて接続するための回路である５つの環を有するＰＣＢで表面が形成された組立体４０１を有している。

図９は、逆向き接続及び通常接続のためにブリッジ整流ダイオードを用いた、磁力支援式アダプタのリバーシブル性を示す。ブリッジ整流ダイオードは、ＰＣ板
に比べて小さいサイズであり得るが、典型的なダイオードにおける電圧降下を有している。ショットキーダイオードは、およそ０．２Ｖの低い降下電圧デバイスを有しており、デバイスへの電力の提供のみを行うこの用途にとって適している。

磁石は電流を誘導することができるため、高速データ伝送においてＥＭＩ又はＲＦＩを低減し得ることは、特筆に価する。通常、エンジニアは、ＦＣＣ及び他機関の適合性試験に対応するようにノイズを低減するため、高速伝送ワイヤー／ケーブルに巻き付けるためのフェライトビーズを使用している。本考案において、磁石は、高価なフェライトコア／ビーズを用いることなく厄介なＲＦＩ及びＥＭＩノイズを低減するのに役立つ。

有している必要のある他の特徴としては、強力磁石が導電性金属を吸着することあり、それによって問題が生じ得るため、電力供給回路は、短絡の場合における保護回路を有している必要があることが挙げられる。ある電気的手段としては過電流保護が挙げられ、他の機械的方法としては４０２上の凹面が挙げられる。換言すれば、磁石が平面状の導電性金属に吸着すると、ポゴピンは該金属の表面に接触しないことになる。

結論：
磁力とは、我々には理解できないものかもしれないが、我々はこの素晴らしい素材を使用して、生活を楽にすることができる。磁力支援式コネクタは、優れた接続方法である。このような特徴を有していないデバイスにとって、磁力支援式コネクタアダプタは、磁気式でなく、リバーシブルでなく、ユーザーフレンドリーでないコネクタをユーザーフレンドリーに変換する、最高の解決方法である。

警告：
磁石は、強い強度では危険なことがある。強力な磁石を使用する場合、貴方の身体部位を、引き寄せる磁石の両側に露出しないよう保護するように注意されたい。強力な磁石は、別の磁石又は磁気吸引金属面のいずれかに引き寄せられる際に、人間及び動物に傷害を起こすため、非常に危険であり得る。

Claims (10)

1. ａ．磁石と、
   ｂ．第１接触面を含む第１保持具であって、該第１接触面上に前記磁石が設けられている第１保持具と、
   ｃ．磁石吸着具と、
   ｄ．第２接触面を含む第２保持具であって、該第２接触面上に前記磁石吸着具が設けられている第２保持具と、
   ｅ．前記第１及び第２保持具の前記第１及び第２接触面の双方上に設けられた複数の整合接点回路及び通路と、
   ｆ．前記第１又は第２保持具の前記第１又は第２接触面上の前記接点回路及び前記通路と接続する従来型コネクタと
   を備えた磁力支援式コネクタアダプタであって、
   該磁力支援式コネクタアダプタによって、前記従来型コネクタが磁力支援式コネクタに変換される、磁力支援式コネクタアダプタ。
2. 前記磁力支援式コネクタアダプタが、電気又は非電気に関係する接続を行うためのものである、請求項１に記載の磁力支援式コネクタアダプタ。
3. 前記磁力支援式コネクタアダプタが、電源、音声、映像、アナログ及びデジタル信号を送達するための、USB type A、USB type B、USB 1.0/1.1/2.0/3.0/3.1、mini USB、micro USB、USB type C、Lightning、RJ-45、RJ-11、HDMI、Thunderbolt、DockPort、DisplayPort、DB9/DB15/DB25 RS-232シリアル又はパラレル、SCSI、VGA、ACアウトレット、ホーンジャック用のものである、請求項２に記載の磁力支援式コネクタアダプタ。
4. 前記非電気的コネクタアダプタが、光ファイバ、固体、液体及び気体タイプの接続を行うためのものである、請求項２に記載の磁力支援式コネクタアダプタ。
5. 前記従来型コネクタが、スマートフォン、タブレット型パーソナルコンピュータ、及び全ての電子デバイス上における従来型レセプタクルコネクタに接続するために設けられている、請求項１に記載の磁力支援式コネクタアダプタ。
6. 前記アダプタが、電気的コネクタ及び非電気的コネクタの両方用の前記従来型コネクタ上に、固定／保持手段及び固定解除／解放手段を有しており、該固定／保持手段及び固定解除／解放手段は、望まれている前記接続が切断される際に、スマートフォン、タブレット型パーソナルコンピュータ、並びに全ての電子デバイス及び非電子デバイス上における前記従来型レセプタクルコネクタから不意に解放されることを防止するためのものである、請求項１に記載の磁力支援式コネクタアダプタ。
7. 前記第１接触面及び前記第２接触面が、磁力により吸着されて、電子回路を用いて通常の向き又は逆向きに前記接続を形成する、請求項１に記載の磁力支援式コネクタアダプタ。
8. 前記電子回路が、集積回路（ＩＣ）チップ又はプリント回路基板（ＰＣＢ）によってなされる、請求項７に記載の磁力支援式コネクタアダプタ。
9. 前記第１接触面又は前記第２接触面上の前記複数の接点回路が、優れた電気的接続のためのばね付勢ピンである、請求項１に記載の磁力支援式コネクタアダプタ。
10. 前記磁力が、電気的ケーブル又は前記接点回路内の伝送路上における無線周波数干渉（ＲＦＩ）および電磁干渉（ＥＭＩ）ノイズを低減するためのものである、請求項１に記載の磁力支援式コネクタアダプタ。